對船舶推廣和使用線接觸結(jié)構(gòu)鋼絲繩的思考

王東海童文峰陳月勝

（1.海軍工程大學(xué) 天津 300450；2.海軍92403部隊裝備部 福州 350007）

對船舶推廣和使用線接觸結(jié)構(gòu)鋼絲繩的思考

王東海1童文峰2陳月勝1

（1.海軍工程大學(xué) 天津 300450；2.海軍92403部隊裝備部 福州 350007）

優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)；鋼絲繩；點接觸；線接觸

船舶用鋼絲繩是一種非常重要的器材，在我國船舶運輸行業(yè)，鋼絲繩的用途是十分廣泛的。目前，船舶上線接觸結(jié)構(gòu)鋼絲繩的使用率很低，嚴(yán)重影響該類器材性能和經(jīng)濟效益的發(fā)揮。文章分析了船舶行業(yè)鋼絲繩管理、使用中存在的問題，提出了解決有關(guān)問題的基本方法和對策。

0 引言

鋼絲繩是一種非常重要的船用器材，在我國船舶運輸行業(yè)中，它的用途十分廣泛，船舶系泊、防臺風(fēng)靠鋼絲繩；船舶拖帶靠鋼絲繩；各類工程船、防救船、拖船的起吊、救撈、拖拽、捆扎也靠鋼絲繩。鋼絲繩在保證船舶和船員安全，使之能夠順利完成運輸、搶險等任務(wù)中起著不可低估的作用。

隨著國家建設(shè)的發(fā)展，各種大噸位新型船舶不斷下水，執(zhí)行不同特殊任務(wù)的大型遠(yuǎn)洋綜合補給船、遠(yuǎn)洋船不斷增加，這就要求我們在防臺風(fēng)、系泊時必須采用質(zhì)量和結(jié)構(gòu)優(yōu)良的鋼絲繩來保證它們的安全。同時由于鋼絲繩制造工業(yè)的發(fā)展，各種新材料、新結(jié)構(gòu)的鋼絲繩不斷出現(xiàn)，鋼絲繩的品種、結(jié)構(gòu)、型號也逐漸向高質(zhì)量、專用化方面發(fā)展。大量的使用結(jié)果證明，我們對鋼絲繩的結(jié)構(gòu)如果選用不合理，其使用壽命會大大下降，造成較大的經(jīng)濟損失和不安全因素。因此，要求我們必須十分重視對新結(jié)構(gòu)鋼絲繩的推廣和選擇工作。

1 線接觸鋼絲繩主要性能及力學(xué)特點

鋼絲繩是傳遞力和承受作用力的柔性物體，它是以熱軋高碳線材為主要原料制成的產(chǎn)品。線接觸鋼絲繩的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于點接觸鋼絲繩，其優(yōu)越性能及力學(xué)特點如下：

1.1 破斷拉力大

鋼絲繩能夠傳遞較長距離、較大的軸向荷載，線接觸鋼絲繩制造中，充分發(fā)揮了金屬抗拉伸能力強的優(yōu)點，改進(jìn)了繩內(nèi)鋼絲之間的接觸形式，合理的增大了鋼絲繩的密度系數(shù)。由于線接觸鋼絲繩結(jié)構(gòu)緊密且繩的密度系數(shù)大，故其破斷拉力大，與普通點接觸鋼絲繩相比，其破斷拉力高出10%以上。

1.2 耐彎曲疲勞性能好

斷裂是鋼絲繩報廢的主要原因之一，在鋼絲繩突然發(fā)生的斷裂事故中，80%以上是由金屬疲勞引起的。鋼絲繩在承受外力過高、循環(huán)變化的工況下，都可能發(fā)生疲勞破壞。點接觸鋼絲繩的鋼絲在繩索彎曲受力時承受三次彎曲作用，極易形成彎曲疲勞；而線接觸鋼絲繩與聯(lián)結(jié)物之間接觸點多，加之繩的股型穩(wěn)定，所以線接觸鋼絲繩耐彎曲疲勞性能好。疲勞實驗表明，線接觸鋼絲繩的耐彎曲疲勞性能次數(shù)比點接觸鋼絲繩高1～7倍。

1.3 接觸應(yīng)力小

在點接觸鋼絲繩中，股內(nèi)相鄰層鋼絲間相互交叉，呈點接觸狀態(tài)。由于接觸面積小，故接觸應(yīng)力大，特別是在鋼絲的外緣容易形成高應(yīng)力區(qū)，使用時因內(nèi)外層鋼絲受力不均勻，極易產(chǎn)生斷絲。而線接觸鋼絲繩內(nèi)層與層鋼絲之間相互平行，呈線接觸狀態(tài)，接觸面積大，接觸應(yīng)力小，使用時繩內(nèi)內(nèi)外層鋼絲受力均勻，無高應(yīng)力區(qū)，所以使用壽命是普通點接觸鋼絲繩的1.2～2.0倍。

1.4 抗磨損性能強

磨損會使繩內(nèi)金屬面積減少，相當(dāng)部分鋼絲繩的報廢是由磨損造成的。鋼絲繩在使用過程中，將會與滾筒、滑輪、系纜柱、導(dǎo)索口、漲落潮時的碼頭邊緣及船舷上的棱角等接觸物進(jìn)行強烈摩擦，除此之外，繩內(nèi)鋼絲在鋼絲繩使用時也會因相互滑動而發(fā)生摩擦。線接觸鋼絲繩結(jié)構(gòu)緊密、光滑，捻制均勻，受力時徑向變形小，支撐點多，因此，同樣使用條件下，線接觸鋼絲繩比點接觸鋼絲繩抗磨損能力強。另外，由于內(nèi)部鋼絲之間呈線接觸狀態(tài)，接觸面積大，單位壓力小，繩內(nèi)鋼絲與鋼絲之間磨損也少，繩索不會因產(chǎn)生過大徑縮而報廢。

1.5 抗沖擊荷載性能強

鋼絲繩在使用過程中，由于動荷的作用，經(jīng)常承受著沖擊荷載，沖擊荷載瞬間產(chǎn)生的力可能是靜荷載的若干倍，破壞作用極大。由于線接觸鋼絲繩結(jié)構(gòu)捻制緊密，絲與絲之間空隙小，金屬截面積比點接觸鋼絲繩大，軸向應(yīng)力小，加之線接觸鋼絲繩內(nèi)各鋼絲受力均勻、變形同步率高，故抵抗沖擊荷載能力較強。

2 我國船舶行業(yè)內(nèi)推廣速度緩慢的主要原因

我國各行業(yè)線接觸鋼絲繩的推廣和應(yīng)用已有40多年，當(dāng)前線接觸鋼絲繩在國內(nèi)各行業(yè)，特別是船舶行業(yè)應(yīng)用和推廣難度大，主要有以下三個方面的原因：

2.1 對應(yīng)用、推廣線接觸鋼絲繩缺乏正確的認(rèn)識

雖然保障和使用單位從理論上認(rèn)識到線接觸鋼絲繩性能比點接觸鋼絲繩好，但事實上線接觸鋼絲繩應(yīng)用和推廣的速度十分緩慢，原因包括：

（1）現(xiàn)有配套機電產(chǎn)品相當(dāng)一部分是五、六十年代設(shè)計制造的，原設(shè)計一般采用外國資料，配用點接觸鋼絲繩，使用者一般不愿改變原設(shè)計配套的器材，怕承擔(dān)所謂的風(fēng)險；

（2）普通點接觸鋼絲繩已經(jīng)使用了幾十年，有一定的現(xiàn)場使用、儲存保養(yǎng)、破損修復(fù)、報廢鑒定和事故處理經(jīng)驗，若采用新產(chǎn)品，短時間還難以適應(yīng)；

（3）未掌握線接觸鋼絲繩的力學(xué)特性，也未了解其使用特性和優(yōu)點，對使用線接觸鋼絲繩可能帶來的經(jīng)濟效益表示懷疑；

（4）現(xiàn)有部分設(shè)計單位由于沒有考慮行業(yè)發(fā)展，仍舊在設(shè)計和生產(chǎn)與點接觸鋼絲繩相適應(yīng)的配套設(shè)備，或者在原設(shè)備上仍舊配備點接觸鋼絲繩。

2.2 懷疑使用線接觸鋼絲繩的經(jīng)濟效益

線接觸鋼絲繩的密度系數(shù)大、單位重量高，制作相同直徑的鋼絲繩，需用的金屬原材料要多，而且必須采用高質(zhì)量金屬線材，工藝要求也高，因此也就相應(yīng)提高了成本費用。據(jù)估算，線接觸鋼絲繩的成品價格比點接觸高約10%。而國內(nèi)鋼絲繩用量較大的用戶，設(shè)備選購常常采用承包的方式，從而導(dǎo)致相當(dāng)一部分用戶從眼前利益出發(fā)，不愿使用價格較高的產(chǎn)品。

實踐證明，采用線接觸結(jié)構(gòu)鋼絲繩的經(jīng)濟效益是十分可觀的，其使用壽命是普通點接觸鋼絲繩的1.2～2倍，可減少換繩次數(shù)、提高工作效率、減輕操作人員的勞動強度，降低生產(chǎn)成本。選用線接觸結(jié)構(gòu)鋼絲繩帶來較大經(jīng)濟效益的例子非常多，據(jù)有關(guān)資料記載：開灤礦務(wù)局5套皮帶運輸機，原采用6×19-40mm點接觸鋼絲繩，全年耗用量是540 t。后選用了6×26SW-40mm的線接觸鋼絲繩后，全年耗用量僅為180 t，節(jié)材約2/3；海南石祿鐵礦電鏟厚使用6×37-39mm點接觸鋼絲繩，生產(chǎn)每噸礦石需耗用0.003 6 kg。改用6×36SW-40 mm的線接觸鋼絲繩后，生產(chǎn)每噸礦石只需耗用0.002 kg，每噸降低成本0.1元；茂名石油公司由于采用了湘鋼生產(chǎn)的線接觸鋼絲繩，使鋼絲繩使用量也節(jié)省近一半。

2.3 我國的鋼絲繩制造業(yè)水平還比較低

我國于1956年在鞍鋼鋼絲繩廠開始研制線接觸鋼絲繩，1964年解決了品種設(shè)計和結(jié)構(gòu)計算問題，自行設(shè)計了多種結(jié)構(gòu)，使線接觸鋼絲繩生產(chǎn)有了新的突破。但是從整個行業(yè)看，我國的鋼絲繩制造水平還比較低，能夠生產(chǎn)多絲線接觸鋼絲繩的僅有為數(shù)不多的幾家大型企業(yè)，大部分中小型鋼絲繩廠只能生產(chǎn)點接觸鋼絲繩，或生產(chǎn)少量的線接觸鋼絲繩，且質(zhì)量有待提高。除生產(chǎn)技術(shù)水平的原因外，生產(chǎn)廠家缺乏技術(shù)發(fā)展意識，求安穩(wěn)、更新觀念差、過分關(guān)注眼前利益，這些也是線接觸鋼絲繩推廣速度緩慢的重要因素。

3 船舶運輸鋼絲繩管理及使用現(xiàn)狀

經(jīng)調(diào)查，船舶運輸行業(yè)有關(guān)部門的鋼絲繩管理和使用情況，主要存在以下幾個方面的問題：

3.1 籌措、保障難度大

鋼絲繩的品種類別很多，技術(shù)性能各異，這給采購、訂貨工作帶來了一定的難度。目前鋼絲繩籌措、保障人員多數(shù)不是本專業(yè)人員，盡管他們的責(zé)任心很強，工作態(tài)度也很端正，但因鋼絲繩是一種技術(shù)性很復(fù)雜的器材，掌握它有一定的難度，不能根據(jù)需要訂購與設(shè)備配套的鋼絲繩，選購質(zhì)量上受到一定的影響。

3.2 使用、選擇不規(guī)范

鋼絲繩的用途很廣，使用條件也各不相同。為此，選用鋼絲繩的結(jié)構(gòu)品種、安全系數(shù)，應(yīng)按具體的用途與使用條件來加以選擇，這樣可使鋼絲繩產(chǎn)品與使用相配套，從而提高鋼絲繩的使用壽命。在使用中存在以下二個方面的錯誤傾向：

（1）有的使用者因不懂安全系數(shù)與設(shè)備、沖擊力、鋼絲繩新舊程度等因素的關(guān)系，對安全系數(shù)的選取可能存在以下兩種錯誤的認(rèn)識：一是認(rèn)為“安全系數(shù)的選取是為了防止使用者萬一違反操作規(guī)定（或超過規(guī)定負(fù)荷）使用造成危險”的；二是認(rèn)為“為提高鋼絲繩的安全系數(shù)可以任意增大鋼絲繩的規(guī)格”。因此大部分船舶上，都有對所裝備鋼絲繩規(guī)格高配的現(xiàn)象；

（2）部分使用者不懂得鋼絲繩結(jié)構(gòu)、捻向與聯(lián)接件之間的配套關(guān)系和力學(xué)關(guān)系，不了解影響鋼絲繩使用壽命的因素，隨便換用原裝備、設(shè)備上的鋼絲繩，致使鋼絲繩因選擇不當(dāng)而過早破壞。

3.3 維修、保養(yǎng)不科學(xué)

鋼絲繩在工作中因受拉伸、彎曲、擠壓、磨損等破壞，繩內(nèi)鋼絲便會產(chǎn)生松動、斷裂等現(xiàn)象。除此之外，鋼絲繩又常因沖擊力過大而出現(xiàn)斷股和斷繩，需要及時維修和保養(yǎng)。但是，部分使用單位的工作人員修復(fù)技術(shù)與保養(yǎng)水平不高，又不能按規(guī)程正確、定期的對鋼絲繩進(jìn)行檢查、維修、保養(yǎng)，從而影響了鋼絲繩的使用壽命。

3.4 換代、更新欠意識

雖然鋼絲繩新的結(jié)構(gòu)、規(guī)格正陸續(xù)充實，同時，相應(yīng)的知識技能、觀念也應(yīng)該更新。但這一點我們做的是不夠的。

從第一根線接觸鋼絲繩的發(fā)明，至今約50余年。大量的使用經(jīng)驗和實驗數(shù)據(jù)證明，線接觸鋼絲繩性能優(yōu)良，安全系數(shù)大，經(jīng)濟效益十分明顯。國外相關(guān)行業(yè)已經(jīng)在80%的設(shè)備上使用線接觸鋼絲繩，而我國的使用量僅占鋼絲繩總使用量的10%。船舶上使用量則更是少的可憐。保障和使用人員對換代、更新優(yōu)質(zhì)鋼絲繩的觀念是欠缺的。

4 船舶行業(yè)推廣線接觸鋼絲繩的思考

推廣和應(yīng)用線接觸鋼絲繩是提高船舶器材性能質(zhì)量、增大其保障安全系數(shù)、提高船舶運輸力的一項重要的工作，及時調(diào)整和修訂相應(yīng)的保障方案、計劃和標(biāo)準(zhǔn)，是當(dāng)前的一項十分重要的工作。為此，我們提出以下幾條建議，僅供參考：

4.1 制定嚴(yán)格的管理制度

由于鋼絲繩作為船舶器材所擔(dān)負(fù)使命的重要，對其保管和使用，必須建立一套完善而有科學(xué)的管理制度。這些制度包括：

（1）鋼絲繩的換發(fā)和使用登記制度；

（2）鋼絲繩的檢查、維修和保養(yǎng)制度；

（3）各種用途鋼絲繩的使用方法、操作規(guī)程和崗位責(zé)任制；

（4）鋼絲繩的報廢標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 培養(yǎng)具有較高能力的專業(yè)人才隊伍

隨著鋼絲繩工業(yè)的飛速發(fā)展和船舶運輸?shù)拇罅啃枰?，船舶運輸行業(yè)需要有一支強大的鋼絲繩使用和管理隊伍。這些年來，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)相當(dāng)重視，積極組織有關(guān)部門多層次的培養(yǎng)鋼絲繩的使用和管理人才。但是，隨著高科技的發(fā)展，很多業(yè)務(wù)人員不管是在學(xué)歷層次還是在知識層次上，都已經(jīng)不能滿足我國現(xiàn)代化建設(shè)和船舶運輸行業(yè)發(fā)展的需要。我們必須認(rèn)清形勢、盡快理順關(guān)系、制定出可行的人才培訓(xùn)計劃，抓緊培養(yǎng)高素質(zhì)高質(zhì)量的專業(yè)人才隊伍。

4.3 開展鋼絲繩失效性研究，制定相應(yīng)的報廢標(biāo)準(zhǔn)

鋼絲繩內(nèi)部鋼絲使用時變形復(fù)雜，至今沒有一套完整的鋼絲繩壽命預(yù)估模型及《鋼絲繩報廢標(biāo)準(zhǔn)》，這給有關(guān)部門管理和使用工作帶來很大困難。進(jìn)行失效性研究，確定壽命預(yù)估模型，制定使用標(biāo)準(zhǔn)，可大大減少該項器材經(jīng)費開支，為我國船舶運輸行業(yè)保障工作的科學(xué)性、安全性和經(jīng)濟性提供合理的依據(jù)。

［1］姜海峰，劉其奎.鋼絲繩的正確選型與使用［J］.金屬制品.2003.4.

［2］付金臻，許留印.由鋼絲繩結(jié)構(gòu)研究分析其使用壽命［J］.河北煤炭.1998.2.

［3］溫龍.新結(jié)構(gòu)鋼絲繩特點及其研究開發(fā)現(xiàn)狀［J］.金屬制品.2006.6.

［4］趙榮瑤.鋼絲繩新品種發(fā)展趨勢及使用［J］.金屬制品.1999.6.

［5］張奇興.卸船機鋼絲繩安全系數(shù)的合理選用［J］.起重運輸機械.2002.11.

On ship promotion and the utilization of line contact steel wire ropes

Wang Dong-hai Tong Wen-feng Chen Yue-sheng

high-quality structure；steel wire rope；point contact；line contact

The steel wire rope is very important equipment which is widely used in ship transportation.At present，the limited utilization of line contact wire ropes seriously influences its performance and economic efficiency.The basic solutions and countermeasures are pointed out by analyzing the problems in management and usage of steel wire ropes.

TG14

A

1001-9855（2011）02-0065-04

2010-09-27

王東海（1973-），男，漢族，副教授，主要從事艦務(wù)管理教學(xué)工作。

童文峰（1974-），男，漢族，主要從事船用繩索保障與推廣工作。

陳月勝（1975-），男，漢族，講師，主要從事艦用繩索教學(xué)工作。